实验室分析方法--气相色谱载气的选择与效果分析
载气及其线速是影响色谱分离的重要因素之一，其选择应满足分离效能高、分析时间短两个条件。根据速率方程，气相色谱的载气线速与理论塔板高度之间的关系如下：
H＝A＋B/u＋Cu（填充柱气相色谱）
H＝B/u＋Cu（毛细管气相色谱）
式中，A为涡流扩散项；B为分子扩散项C为传质阻力项；u为平均线速。涡流扩散项与载气无关，从图1中可以看出，当线速较低时分子扩散项是影响塔板高度的主要因素，组分在载气中的扩散系数与载气分子量的平方根成反比，适合采用分子量大的载气如N2、Ar。随载气线速的增加，传质阻力项增加，适合选用高扩散系数和低黏度的气体，如H2、He，使组分有较大的扩散系数，提高柱效。在最佳线速下，虽柱效较高，但分析时间较长，通常选取的最佳实用线速大于最佳线速。
图1 载气线速与理论塔板高度的关系
从速率方程可知，分子扩散项与载气线速成反比传质阻力项与载气线速成正比。图2给出了选定色谱柱条件下，不同类型载气的线速与理论塔板高度的关系。由图可知，曲线上的最低点，对应的塔板高度最小，柱效最高。该点所对应的流速即为最佳载气流速。在实际分析中，为了缩短分析时间，选用的载气流速稍高于最佳流速。在图中的色谱柱条件下，N2最佳实用线速为12～20cm/s，He为22～35cm/s，H2为35～60cm/s（图中虚线部分）。
图2 载气类型、流速与柱效的关系
图3给出了载气线速对难分离物质对分离的影响，随着He线速由30cm/s增加至40cms，保留时间从4.5min缩短至3.36min，但由于柱效下降，难分离物质对的分辨率由146下降至0.97。载气的类型也影响塔板高度，图4比较了载气的类型和线速对分离的影响，三种载气N2、He和H2均选取各自的最佳实用线速，从图中可知N2的分离效能略优于He和H2但其所需的分析时间最长，约是H2的4倍；同样随着N2线速的增加，分离度下降。尽管在使用最佳线速下N2能比H2或He提供更高的柱效，但后者能提供的实用线速范围内没有显著降低柱效。因此，为了获得最大的分离效能并兼顾分析速度，通常使用He或H2代替N2或Ar作载气，在气路中使用净化器消除载气中杂质的影响，同时还需优化载气的线速。
图3 载气线速对分离的影响
（载气He；色谱柱DB-1，15m×0.32mm×0.25um；柱温60℃恒温；化合物1，3-二氯甲苯和1，4二氯甲苯）（1psi＝6894.76pa，下同）
图4 载气类型、线速对分离的影响
